JP4467918B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流検出器にホールＣＴを使用した電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホールＣＴを電流検出器として使用した電力変換装置のオフセット調整を自動的に行うために従来から行われていた方法は、電圧指令値がオフのとき、電流検出器を流れる電流が零であることを用い、このときの電流検出器の出力をオフセット量としてオフセット補正を行うようにしていた。この補正を行う理由は、電力変換装置の正しい出力電流を検出し、電力変換装置の制御をスムースに行うようにするためである。
【０００３】
ところが、上記のようにして導いたオフセット量には、ホールＣＴの残留磁束に起因するヒステリシスエラーによるオフセット量も含まれている。この残留磁束に起因するオフセット量は、オフセット量を測定する前、すなわち前回の電力変換装置の運転終了時に流れていた電流の極性及び大きさに依存する。残留磁束に起因するオフセット量を含めたオフセット補正を行うと、正しいオフセット補正にはならず、場合によってはかえってオフセット誤差が増えてしまうという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するため、電力変換装置の運転が終了するとき、上記残留磁束が零になるように消磁電流を流し、その後上記オフセット補正を行う提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−８３９０９号公報（第２−３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示された手法では、消磁電流を効果的に流すために負荷となる電動機にブレーキ装置を付加する必要があり、その結果装置が複雑となり、また大型化してしまう。
【０００７】
従って、本発明は上記問題に鑑み為されたもので、比較的簡単な制御機能の追加により、通電電流の極性に左右されないオフセットエラーの補正が可能な、信頼性の高い電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、直流電圧を交流電圧に変換するための主変換器と、前記主変換器の出力側に設けられたホールＣＴ使用の電流検出器と、前記主変換器を制御するための制御手段とから構成され、前記制御手段は、前記主変換器に正方向の電流を出力させたあと通電を停止し前記電流検出器のオフセットエラーを測定する第１の手段と、前記主変換器に逆方向の電流を出力させたあと通電を停止し前記電流検出器のオフセットエラーを測定する第２の手段と、前記第１及び第２の手段で得られたオフセットエラーから演算により前記電流検出器の固有オフセットエラーを求める第３の手段と、前記第１及び第２の手段で得られたオフセットエラー及び前記第３の手段で得られた固有オフセットエラーから演算により正極性及び負極性の電流通電時のヒステリシスエラーを求める第４の手段と、前記第３の手段で得られた固有オフセットエラー並びに前記第４の手段で得られた正極性及び負極性のヒステリシスエラーに基づき、通電電流の極性に応じて前記電流検出器の出力をオフセット補正する第５の手段とから成るオフセット補正手段を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、残留磁束によるオフセットをキャンセルして補正するようにしているので、通電電流の極性に左右されないオフセットエラーの補正が可能な、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明による電力変換装置の第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。図１は本発明の電力変換装置の回路構成図である。
【００１１】
インバータ１は直流入力を受け、主変換器２で直流を交流に変換し、得られた交流出力を図示しない負荷に供給している。主変換器２は、パワーデバイスとフライホイールダイオードを逆並列接続したアームをブリッジ接続して構成されている。これらのパワーデバイスは、詳細を後述する制御回路３からのゲート信号によって制御されている。尚、図１においては、簡単のためインバータ１の出力を単相としているが、通常の３相出力としても良い。
【００１２】
インバータ１の出力電流は電流検出器４によって検出される。この電流検出器４はホールＣＴを用いているものとし、更にここではホールＣＴを用いた電流検出器のうち、サーボ機構によってフィードバック制御して零電流検出するような高機能型ではなく、通常のオープンループによる簡易型のホールＣＴが使用されているものとする。
【００１３】
以下、制御回路３の内部構成について説明する。
【００１４】
電流検出器４で得られた出力電流信号は、Ａ／Ｄ変換回路５によってデジタル信号に変換され、図示しない電流制御回路に用いられる出力電流フィードバックＩＵ＿Ｆを得ている。この出力電流フィードバックＩＵ＿Ｆのオフセット補正を行うのがオフセット測定回路６Ａ、６Ｂ、並びにオフセット調整制御回路７である。
【００１５】
オフセット調整制御回路７は、電流検出器オフセット調整指令に従って、主変換器２のパワーデバイスのゲート信号を発生させるための電圧指令−ゲートパルス変換器の入力を、通常運転時に用いられる電圧出力指令からオフセット測定用電圧指令に切換える。このオフセット調整制御回路７から出力されるオフセット測定用電圧指令により、主変換器２は短時間だけ正電流を通電するように動作する。この通電が終了後、オフセット調整制御回路７はオフセット測定回路６Ａを選択し、このオフセット測定回路６Ａの出力を保持する。また、ノイズ等による測定誤差を小さくするために、上記動作による測定をｎ回繰り返し、その平均値を測定値すなわちオフセット測定回路６Ａの出力とする。
【００１６】
次にオフセット調整制御回路７は、主変換器２が短時間だけ負電流を通電するようなオフセット測定用電圧指令を出力する。この通電が終了後、オフセット調整制御回路７はオフセット測定回路６Ｂを選択し、オフセット測定回路６Ｂの出力を前記の保持されていたオフセット測定回路６Ａの出力に加える。更にこれを１／２にしたものをオフセット補正量ＯＳとして設定し、これを前記出力電流フィードバックＩＵ＿Ｆに加えることによりオフセット補正する。尚、オフセット測定回路６Ｂによるオフセット量の測定もオフセット測定回路６Ａの場合と同様、ｎ回繰り返してその平均値を求める。
【００１７】
以上のオフセット調整制御回路７の動作を図２を用いて説明する。図２はオフセット調整制御回路７の動作を示すフローチャートである。
【００１８】
電流検出器オフセット調整指令が入力されたとき（ＳＴ１）、オフセット調整制御回路７は、電流検出器４に正極性の電流を通電するため、正極性の電圧基準を短期間だけ出力する（ＳＴ２）。このステップＳＴ２の結果、主変換器２のパワーデバイスには、電圧指令−ゲートパルス変換器から主変換器２の出力電流が正となるようなゲート信号が与えられる。尚、ここで電圧基準出力の期間を十分短くし、電圧基準出力前後の電流検出器４の出力変化を監視することにより、出力電流が過電流になることを防ぐことができる。出力電流の過電流防止は、電流の絶対値が例えば定格電流の５０％を超えたとき、通電を停止するようにしても良い。
【００１９】
次に、正極性の電流通電後の電流検出器４のオフセットを測定するため、オフセット測定回路６Ａにオフセット測定指令を出力する（ＳＴ３）。このステップＳＴ３の指令に従ってオフセット測定回路６Ａは一定期間オフセット量を測定する。前述したように測定はｎ回繰り返してその平均値を求める。
【００２０】
オフセット測定回路６Ａによるオフセット測定が終了すると、オフセット調整制御回路７は負極性の電流を電流検出器４に通電するため、負極性の電圧基準を短期間だけ出力する（ＳＴ４）。このステップＳＴ４の結果、主変換器２のパワーデバイスには、電圧指令−ゲートパルス変換器から主変換器２の出力電流が正となるようなゲート信号が与えられる。尚、ここでも同様に、電圧基準出力の期間を十分短くし、電圧基準出力前後の出力電流検出器４の出力変化を監視することにより、出力電流が過電流になることを防ぐことができる。
【００２１】
次に、負極性の電流通電後の電流検出器４のオフセットを測定するため、オフセット測定回路６Ｂにオフセット測定指令を出力する（ＳＴ５）。このステップＳＴ３の指令に従ってオフセット測定回路６Ｂは一定期間オフセット量を測定する。ここでも同様に測定はｎ回繰り返してその平均値を求める。
【００２２】
オフセット測定回路６Ｂによるオフセット測定が終了すると、オフセット調整制御回路７は、オフセット測定回路６Ａとオフセット測定回路６Ｂで得られたオフセット量を加算し２で除算した値をオフセット補正量ＯＳにセットする（ＳＴ６）。
【００２３】
上記の動作において、オフセット測定回路６Ａが検出したオフセット量は、電流検出器４が持つ固有オフセット量と、正の電流を通電したことによる正方向のヒステリシスエラーによるオフセット量を含む。同様に、オフセット測定回路６Ｂが検出したオフセット量は、電流検出器４が持つ固有オフセット量と、負の電流を通電したことによる負方向のヒステリシスエラーによるオフセット量を含む。従って、両者を加算することで、正負のヒステリシス量を打消し、電流検出器４が持つ固有オフセット量を得ることができる。このようにして電流検出器４が持つヒステリシス特性に左右されないオフセット補正が可能となる。
【００２４】
尚、本実施の形態では、オフセット測定回路を２つ設ける例で説明したが、オフセット測定回路を１つだけ用い、１回目および２回目のオフセット測定の結果をそれぞれ別のメモリに記録し、測定後にメモリに保存された値を取り出してオフセット補正量を計算するようにしても良い。
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、通電電流の極性に左右されないオフセットエラーの補正が可能な、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の回路構成図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態の電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、オフセット測定回路６Ａ及び６Ｂで得られたオフセット量と、これらを加算して得られる電流検出器４の固有オフセット量から、新たに追加したヒステリシス計算回路８により正極性及び負極性のヒステリシスエラーによるオフセット量を計算し、オフセット補正量ＯＳにセットするようにした点である。
【００２７】
前述したようにオフセット測定回路６Ａの出力は、電流検出器４の固有オフセット量と、正極性の電流を通電したことによる正のヒステリシスエラーによるオフセット量を含む。同様に、オフセット測定回路６Ｂの出力は、電流検出器４の固有オフセット量と、負極性の電流を通電したことによる負のヒステリシスエラーによるオフセット量を含む。従って、ヒステリシス計算回路８において、オフセット測定回路６Ａ及びオフセット測定回路６Ｂの出力から、夫々固有オフセット量を減算すれば、正のヒステリシスエラーによるオフセット量および負のヒステリシスエラーによるオフセット量を得ることができる。
【００２８】
オフセット調整制御回路７は、電流検出器４から得られる出力電流フィードバックＩＵ＿Ｆが正極性のとき、固有オフセット量と正のヒステリシスエラーによるオフセット量を加えてオフセット補正量ＯＳにセットする。同様に、電流検出器４から得られる出力電流フィードバックＩＵ＿Ｆが負極性の場合、固有オフセット量と負のヒステリシスエラーによるオフセット量を加えてオフセット補正量ＯＳにセットする。
【００２９】
以上のようにすれば、電流検出器４がもつ固有オフセット量と通電電流による正負のヒステリシスエラーによるオフセット量の両方を同時に補正することが可能になり、更に精度のよいオフセット補正が可能となる。尚、電流検出器４に用いるホール素子の磁気回路の特性によっては、出力電流フィードバックＩＵ＿Ｆの極性だけでなく、大きさに応じた補正を行うと更に精度がよくなる場合もある。
【００３０】
尚、本実施の形態では、オフセット測定回路を２つ設ける例で説明したが、オフセット測定回路を１つだけ用い、１回目および２回目のオフセット測定の結果をそれぞれ別のメモリに記録し、測定後にメモリに保存された値を取り出してオフセット補正量を計算するようにしても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な制御機能の追加により、通電電流の極性に左右されないオフセットエラーの補正が可能な、信頼性の高い電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第1の実施の形態に係る電力変換装置の回路構成図。
【図２】 オフセット調整制御動作を説明するフローチャート。
【図３】 本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の回路構成図。
【符号の説明】
１ インバータ
２ 主変換器
３ 制御回路
４ 電流検出器
５ Ａ／Ｄ変換回路
６Ａ、６Ｂ オフセット測定回路
７ オフセット調整制御回路
８ ヒステリシス計算回路

Claims (3)

1. 直流電圧を交流電圧に変換するための主変換器と、
   前記主変換器の出力側に設けられたホールＣＴ使用の電流検出器と、
   前記主変換器を制御するための制御手段と
   から構成され、
   前記制御手段は、
   前記主変換器に正方向の電流を出力させたあと通電を停止し前記電流検出器のオフセットエラーを測定する第１の手段と、
   前記主変換器に逆方向の電流を出力させたあと通電を停止し前記電流検出器のオフセットエラーを測定する第２の手段と、
   前記第１及び第２の手段で得られたオフセットエラーから演算により前記電流検出器の固有オフセットエラーを求める第３の手段と、
   前記第１及び第２の手段で得られたオフセットエラー及び前記第３の手段で得られた固有オフセットエラーから演算により正極性及び負極性の電流通電時のヒステリシスエラーを求める第４の手段と、
   前記第３の手段で得られた固有オフセットエラー並びに前記第４の手段で得られた正極性及び負極性のヒステリシスエラーに基づき、通電電流の極性に応じて前記電流検出器の出力をオフセット補正する第５の手段と
   から成るオフセット補正手段を有することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１及び第２の手段における正方向および逆方向の電流の通電は、固定極性の電圧を短時間出力するようにしたものである請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１及び第２の手段における電流の通電停止は、正方向および逆方向の電流を通電する前と通電中の電流検出器の出力の変化を夫々監視し、
   前記夫々の出力の変化が一定量を超えたとき、電流の通電を停止するものである請求項１に記載の電力変換装置。

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